电力系统稳态分析思考题集

第一章 电力系统的基本概念什么是电力系统、电力网？电力系统定义：生产、变换、输送、分配、消耗电能的设备，及测量、保护、控制乃至能 量管理系统组成的统一整体。电力网络：变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备组成的部分。电力系统运行的特点有哪些，对电力系统的基本要求是什么？电能生产、输送、消费的特点：与国民经济关系密切；不能大量储存；生产、输送、 消费各环节不可分割；工况改变十分迅速；对电能质量的要求严格。对电力系统运行的基本要求：保证可靠地持续供电；保证良好的电能质量；保证系 统运行的经济性。电力系统中将负荷分为几级，如何考虑对其供电？ 负荷供电可靠性分级：一级：不能停电（保证不间断）；二级：可短时停电；三级：无要求。电力系统接线方式的有备用、无备用接线方式各有几种基本形式？ 典型接线方式的特点：无备用：放射、干线、链式。 优点：简单、经济、运行方便。 缺点：供电可靠性差。有备用：双回放射、干线、链式；环式、两端供电网络。 双回放射、干线、链式： 优点：可靠性、电压质量高。缺点：不够经济。 环式： 优点：较经济。缺点：运行调度复杂，故障时电压质量差。两端供电网络： 必须有两个或以上的电源。为什么要高压交流输电？是否各种电力线路都要采用高压输电？高压交流输电，提高了传输容量和传输距离，提高电能传输的经济性，当传送功率是一定 的，输电电压愈高，电流愈小。电力系统为什么有不同的电压等级？升压变压器和降压变压器的额定电压有何区别？额定电压等级的确定：S = J3UI对应于一定输送功率和输送距离应有一最合理的线路电压，电压等级的系列化升压变压器（例： 35/242， 10.5/121）：一次侧（低压侧）接电源，相当于用电设备，一次侧额定电压等于用电设备的额定电压； 直接和发电机相联的变压器一次侧额定电压等于发电机的额定电压； 二次侧（高压侧）接线路始端，向负荷供电，相当于发电机，应比线路的额定电压高 5%， 加上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压等于用电设备的额定电压110%。降压变压器（110/38.5， 220/38.5）：一次侧（高压侧）接线路末端，相当于用电设备，一次侧额定电压等于用电设备的额定电压； 二次侧(低压侧)向负荷供电，相当于发电机，应比线路的额定电压高5%，加上变压器内 耗 5% ，所以二次侧额定电压等于用电设备的额定电压 110% 。电力线路、发电机、变压器的一次和二次绕组的额定电压是如何决定的？1. 取线路始端电压为额定电压的 105%；2. 取发电机的额定电压为线路额定电压的 105%；3. 变压器分升压变和降压变考虑： 一次侧接电源，取一次侧额定电压等于用电设备额定电压； 二次侧接负荷，取二次侧额定电压等于线路额定电压的 105% 。电力系统中性点运行方式有几种，各适用于什么范围？中性点运行方式：直接接地：故障时有短路回路，可靠性低。llOkV及以上系统用。不接地：无短路回路，可靠性高。但非故障相电压升高。60(35kV)及以下系统用。经消弧线圈接地：不接地的一种。3-60kV网容性电流大时装。过补偿： I I ； 欠补偿： I I 。一般用过补偿。L c L c普通三绕组变压器的哪些试验参数需要归算，如何归算？如何计算各绕组的电阻、电抗, 其原则是什么？普通三绕组：等值星形电路：电阻：容量比S1/S2/S3不同时，需要归算。P 归算公式， P 、 P 、 P 计算公式R 、 R 、 R 与双绕组公式相同。新标准给定 P 时： R ， R电抗：规定短路电压百分比已经归5算。U % 、 U % 、 U% 求。K1K2K3X 、 X 、 X 与双绕组公式相同。导纳： G、 B 与双绕组公式相同。TT三绕组自耦变压器哪些试验数据需要归算，如何归算？自耦变：双绕组：与普通双绕组参数、电路相同。三绕组：容量比SN/SN/S3，需要归算P、P 和U %、U %。K13K23K13K23新标准：已知 P 、归算过的 U %、 U %。KmaxK13K23为什么需要使用分裂导线和扩径导线？ 目的：减少电晕损耗或线路电抗。扩径导线：人为扩大导线直径，但不增加载流部分截面积。不同之处在于支撑层仅有6股起支撑作用。分裂导线：又称复导线，其将每相导线分成若干根，相互间保持一定的距离。但会增加线 路电容。架空输电线路为什么需要换位，规定是什么？ 架空线路的换位：减少三相参数的不平衡。规定超过 100km 的架空线路应换位。 为什么电力线路计算中使用的电阻率略大于直流电阻率？ 因为需要计及集肤效应，而且绞线每一股线的长度略长于导线的长度，而计算时采用的额 定面积又多半略大于实际截面积。架空输电线路的电抗、电导、电纳的意义是什么？其电抗、电纳如何计算？ 线路电抗：导线中流过交流电流，在导线周围产生磁场形成电感对交流电流的抵抗作用。 线路电纳：由导线间、导线与大地间电容决定。线路电导：取决于沿绝缘子串的泄漏和电晕。7.58b =x10-6 (S/km)1Dlg mreqD 0.0157x = 0.1445 lg m +(2 22)1 r neqr = nr (d d d ) = J rd( n-1)(2 一 21)eq 12 131nX m电晕临界电压有何意义，如何计算？如何判断输电线路是否发生电晕？ 电晕是电力系统中重要的电能损耗原因之一，计算电晕临界电压，避免电晕的发生。U = E r ln Dm = 49 .3m m 6 r lg Dm(2 一 29 )cr cr r1 2 r当输电线路的线间距离增加时，其单位长度的电抗、电纳如何变化？而其导线半径增加时，又如何变化？x = 0.1445lg Dm + 0.0157(2 20a)1rD = rD D Dmab bc ca线间距离增加：电抗增大；电纳减小导线半径增加：电抗减小；电纳增大7.58x10-6 (S/km)(2-26)当输电线路采用分裂导线的根数增加时，其单位长度的电抗、电纳如何变化?=0.1445lg Dmr0.0157+neqr = nr(d d .d ) = * rd (n1) eq 12 131nm7.58b =1Dlg mrx10-6 (S/km)eq短线路、中等长度线路和长线路如何划分？等值电路的形式是什么？一般线路：中等及中等以下长度线路，对架空线为300km；对电缆为100km。 一般线路中，有短线路和中等长度线路之分。短线路：长度不超过100km架空线路。中等长度线路：长度在100300km之间架空线路和不超过100km电缆线路。中等长度线路的等值电路仙)口型等值电路；(b)T型等值电路(11) 什么是综合用电负荷、供电负荷和发电负荷？ 电力系统的总负荷：系统中千万个用电设备消耗功率的总和。大致分异步电动机、同步电 动机、电热电炉、整流没备、照明设备等类。电力系统的综合用电负荷：将工业、农业、邮电、交通、市政、商业以及城乡居民所消耗 的功率相加。电力系统的供电负荷：综合用电负荷加网络中损耗的功率就是系统中各发电厂应供应的功 率。电力系统的发电负荷：供电负荷加各发电厂本身消耗的功率-厂用电，就是系统中各发电机 应发的功率(12) 电力系统标幺值计算中常用哪些基准值，其关系如何？有几个可以任意选取，一般取什 么，如何取？在三相功率SB、线电压UB、线(相)电流IB、单相阻抗ZB、单相导纳YB基准值间的关系为: 五个基准值中只有两个可以任意选择，其余三个必须根据上列关系派生：S f 3u I ; U 二 j3z I ; Y 二 1/Z (2 - 66)BB BBBBBBZ 二伫；Y 二人;I 二-(2 - 67)B S B U2B 3UBBB功率基准值 SB 往往取系统中某一发电厂总功率或系统总功率，有时也取某一个整数。如 100、 1000MVA。 电压基准值UB往往取参数和变量都将向其归算的该级额定电压。（13）多电压级网络中，标幺值的准确计算有几种方法？ 多电压级网络参数归算到基本级：有名值全部归算到基本级，用基本级基值归算为标幺值。将基本级基值归算到各电压级，就地归算为标幺值。第二章 简单电力网络的计算和分析什么是电压损耗、电压偏移、电压调整和输电效率？电压损耗：是指线路始末两端电压的数值差（U1-U2）。电压损耗 %= （ U1-U2）/UN*100%电压偏移：是指线路始末两端与线路额定电压的数值差（U1-Un）或（U2-Un）。始端电压偏移= （Ui_Un）/Un*ioo%末端电压偏移= （U2-Un）/Un*100%电压调整：是指线路末端空载与负载时电压的数值差（U20-U2）。电压调整= （U20-U2） /U20*100%输电效率：是指线路末端输出有功功率P2与线路始端输入有功功率P1地比值。输电效率=P2/P1*100%在什么条件下，电力线路的末端电压将高于始端？1. 线路的空载运行状况：线路末端电纳中的功率/Sy2=-jAQy2属容性。在线路上流动时引起的电压降落纵、横分量分别为：U BXU BRAU 二25 U 二一22末 端 电 压 可 能 高 于 始 端 ， 即 产 生 电 压 过 高 现 象 。图3-4空载运行时的电压相量图U22末端仅有无功功率负荷Q2：末端电压高于始端。什么是运算电源功率、运算负荷功率? 变电所电源侧母线上的等值负荷功率、运算负荷 发电厂负荷侧母线上的等值电源功率、运算功率手算环网的潮流分布时，s、Sb如何计算，在初步功率分布中有何意义? ab(Z+ Z )S + Z S23312313* * *Z + Z + Z122331(Z + Z21) S + Z21SS =2321321_2-bZ + Z + Z122331求得初步功率分布后，可确定功率分点以及流向功率分点的功率。什么是电力系统中有功功率、无功功率的分点？哪个分点的电压最低?功率分点：网络中某些节点的功率由两侧向其流动。根据向其流动是有功还是无功确定功 率分点。电压损耗主要由无功功率流动引起，无功分点电压往往低于有功分点电压。环网中的循环功率有何特点，如何计算？两端供电网络的两端电压不等时，有两端电压相等时的功率，也产生了一个取决于dU和 回路总阻抗的功率，称循环功率，用Sc表示：二UNdUcZ + Z + Z122334为什么电力网络中需要进行强制功率分布？用什么方法实现？环形网络中，无附加措施时，潮流按阻抗分布，也无法控制。两端供电网络潮流虽可 借调整两端电源功率或电压适当控制，但两端电源容量有限制，电压调整范围要服从对电 压质量的要求，调整幅度不可能大，难以保证安全、优质、经济供电要求。方法： 1. 串联电容2. 串联电抗3. 附加串联加压器第三章 电力系统潮流的计算机算法1、计算机计算一般步骤有哪几步？(1) 建立数学模型(2)确定解算方法(3)制订计算流程(4)编制计算程序并进行调试、检验。2、什么是电力网络方程？一般用什么方程？将网络有关参数和变量及其相互关系组成的、可反映网络性能的数学方程式组，符合这种关系的方程式组有节点电压方程、回路电流方程等；节点电压方程。3、什么是节点注入功率？节点注入功率可以简单理解为电源通过该节点向网络注入的功率4、计算机算时，变压器采用什么等值电路？n型等值电路5、节点导纳矩阵和节点阻抗矩阵的特点？ （1）由节点导纳矩阵是一个对称稀疏矩阵；（2）由互阻抗性质决定节点阻抗矩阵是对称矩阵，但不是稀疏矩阵而是满矩阵n+ E yijY =-yji ji6、如何直接形成节点导纳矩阵（自、互导纳数值上等于什么）？ 根据定义直接形成节点导纳矩阵：Y = yiii 07、节点导纳矩阵 4 种情况下如何修改？ 从原网络引出一新支路，增加一个新节点增加对角元Yjj=yij新增非对角元Yji=Yij=-yij原对角元增量A Yii=yij在原网络节点 i、j 之间增加一支路 原数值叠加增量：A Yii二yij卜 Yjj二yij卜 Yij=4 Yji二-yij在原网络节点 i、j 之间切除一支路 相当于增加-yij支路，原数值叠加增量：A Yii=-yijA Yjj=-yij Yij=A Yji=yij原网络节点 i、j 间导纳由 yij 变为 yij 相当于切除 yij 支路而增加 yij 支路，原数值叠加增量A Yii=yij-yijA Yjj=yij-yijA Yij=A Yji=yij-yij8、计算机计算潮流，每个节点有几个变量？ 网络参数 Gij、Bij 已知。每个节点 i 上共 6 个变量： 负荷消耗有功功率和无功功率： PLi、QLi 电源发出有功功率和无功功率：PGi、QGi节点（或母线）电压大小和相位角：Ui、6 i每个节点 i 必须已知或给定其中 4 个变量。9、计算机计算潮流，节点分哪几类？对应电力系统什么情况？哪个节点可以没有？PQ 节点：此类节点注入的有功功率和无功功率是已知的，而节点的电压数值和相角是待求 量PV 节点：注入的有功功率已经给定，同时又规定了母线电压的数值，而无功功率和电压的 相位角则根据系统运行情况确定，可以没有！ 平衡节点：根据潮流计算的需要需要认为确定的一个节点，电压数值和相位角均事先给定， 而功率P和Q则带求10、PQ 分解法是牛顿-拉夫逊法哪两方面简化而得？电力系统高压网，XijRij,节点电压相角差6 ij改变，主要影响输送有功功率，从而 影响Pi;节点Ui大小改变，主要影响输送无功功率，从而影响Qi,略去雅可比矩阵元素 N、J,牛顿-拉夫逊法修正方程式简化：_AP -r hor A _AQ _oLAU / U元件电压相角差6 ij较小，再计GijBij，近似认为cos6 ijl , Gijsin6 ij在满足等式约束条件 fx、u、d）=0不等式约束条件 g（x、u、d W0使目标函数C= C（x、 u、 d） 为最优。（5）发电机与负荷的单位调节功率的意义是什么？什么是发电机的调差系数？ 发电机单位调节功率标志随频率升降发电机组发出功率减少或增加的多寡。机组的调差系数5： G 竺 =-fN - f0 = f0 fNAPP - 0 PGGNGNG % = G xl00 =厶 N xl00f APfN GNN发电机的单位调节功率与调差系数的关系：K =丄=Pn x 100G G f G %（6）频率的一次、二次调整能否做到无差调节？N频率的一次调整不能做到无差调节；频率的二次调整可以做到无差调节。（7）调频厂应该如何选择，这类电厂有何主要特点？调频厂选择：系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂；当水电厂不能做调频厂时，选择 中温中压火电厂做调频厂。一个电厂不够时，选择第二、第三等调频厂。多个电厂同时二 次调频时，采用自动调频方式。特点：调整容量应足够大，调整速度应足够快，调整范围内的经济性能应较好，调整时不 至引起系统内部或系统间联络线工作的困难。第五章 电力系统的无功功率和电压调整1）无功功率电源有哪些？哪些可以平滑调节？ 无功功率电源：发电机、电容器、调相机、静止补偿器。 可以平滑调节：调相机、静止补偿器2）限制冲击负荷电压波动的措施是什么？（a）设置串联电容器、 （b）设置调相机和电抗器、（c）设置静止补偿器3）什么是电力系统的逆调压、顺调压、常调压？ 逆调压：在高峰负荷时升高中枢点电压、低谷负荷时降低中枢点电压的电压调整方式。 在高峰负荷时将中枢点电压升高至105%UN,低谷负荷时将中枢点电压降为额定电压UN。 顺调压：在高峰负荷时允许中枢点电压略低，而低谷负荷时却允许中枢点电压略高的调压 方式。采用顺调压，高峰负荷时中枢点电压允许不低于102.5%UN,低谷负荷时中枢点电压允许不 高于 107.5%UN。常调压：任何负荷下保持中枢点电压为一基本不变的数值。适用于负荷变动小、线路上电压损耗小的情况。常调压方式，电压保持为（102%-105%）UN。4）选择变压器分接头进行调压的特点是什么？系统中无功功率必须充足才有效，否则必须用其他措施；不需要附加设备。5）电力系统的电压调节有几种主要措施？借改变发电机端电压调压；借改变变压器变比调压；借补偿设备调压；组合调压。